Способ повышения несущей способности решетчатой стрелы экскаватора-драглайна Советский патент 1986 года по МПК E02F3/48 

1 Изобретение относится к землеройным машинам, а более конкретно к экскаваторам-драглайнам с решетчатыми стрелами, и является дополнительным к авт. св. № 1170059. Цель изобретения - снижение металлоемкости и повышение срока службы стрелы путем увеличения сопротивления усталостному разрушению за счет создания более эффективной ассиметрии цикла нагружения поясов стрелы переменным сжатием. На фиг. 1 изображена стрела, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - сечепие Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - расчетная схема стрелы. Стрела содержит две вертикальные фермы 1 (фиг. 1), связанные двумя решетками (раскосами) 2, расположенными в плоскости верхнего 3 и нижне го 4 поясов вертикальных ферм 1. Для создания дополнительного (предварительного) напряжения сжатия в ншкнем поясе 4 используют стальные канаты 5, а в верхнем поясе - сталь ные канаты 6, закрепленные по конца обоих поясов у головного блока стре лы 7 и ее основания (опорных проушин) 8. Посередине пролета стрелы стальные канаты 5 и 6 опираются на башмаки 9, а у основания стрелы стальные канаты 5 и 6 взаимосвязаны соответственно с обоими поясами 3 и 4 посредством натяжных, например,. пружинных тарировочных устройств 10 (тарировочные устройства для натяже ния канатов 5 и 6 могут быть конструктивно одинаковыми, например как устройство для натяжения канатов, описанное в основном изобретении). Предложенный способ осуществляет в следующей последовательности. Стальными канатами 6 в верхнем поясе стрелы 3 создают предваритель ные напряжения сжатия за счет того, что натяжными тарировочиыми устройс вами 10 предварительно натягивают и на величину, которую определяют из зависимости с - % Г Затем посредством натяжных тарировочных устройств 10 дополнительно увеличивают усилие иатяжньпс канатов 5 (т.е. усилие предварительного сжатия ш жнего пояса) на установлен у S, имея в виду, что новному изобретению нижпояс стрелы уже предваат канатами 5 с усилимое усилие Sn предвариатия верхнего пояса и дого дожатия нижнего пояса я следующим образом. отмечалось,.предварительверхнего пояса усилием So аким же усилием нижнего овлено необходимостью стью) получения наиболее ой асимметрии цикла по алости сварных соединений Ы (1) минимальные напряжения цикла нагружения (в верхнем и нижнем поясах), полученные в результате предварительного сжатия верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса усилием Sg; максимальные напряжения цикла нагружения, полученные в результате использования предложенного способа; наиболее желательное (задаваемое) значение коэффициента acи tмeтpии цикла по критерию усталости. (1) можно записать .c исходное значение минимальных напряжений циклов нагружения (в верхнем и нгокнем поясе); исходное значение максимальных напряжений циклов нагр ясения в верхнем и нижнем поясах (т.е.бу,ц и б ,д(, - минимальные и . максимальные напряжения цикла нагружения, полученные в результате использования основного изобретения); напряжение в поясах от предварительного сжатия .1 усилием верхнегп пояса и дополнительного дбжатия с тем же усилием нижнего пояса, суммирующееся с ис ходным значением минималь ных напряжений циклов (в момент, когда разгруженны ковш находится на грунте с провисшими подъемными канатами); - площадь сечения верхнего или нижнего поясовj S(, - усилие предварительного ° сжатия верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса; - напряжение в поясах от предварительного сжатия канатами 6 верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса, cyм шpyющееся с исходными максимальными напряжениями цик ла (момент, когда гружен ный ковш у головы стрелы) S - соответственно усилие сжа тия канатами верхнего поя са и дополнительного дожа тия нижнего пояса в момент, когда груженный ковш находится у головы стрелы. Строго говоря SOFTS поскольку в момент, когда груженньм ковш у головы стрелы, вследствие сжатия стрелы в целом усилия в стягивающих канатах несколько ослабевают, т.е. S Sa-uS, где t - величина уменьшени усилия в натяжных канатах; . - величина сокращени длины стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия); С - жесткость канатов (или системы, состоящей из каната и тарировочной пружины) . Однако ввиду того, что, с одной стороны величина &S небольшая, а с другой стороны для упрощения выводимой 24 расчетной формулы с обеспечением достаточно необходимой для инженерной . практики точности, принимается , тогда 3 д. йС мин ь- аСледовательно, выражение (2) будет иметь вид Сз.дии uGq, откуда Rg JMOCC - (J . (4) 1 - RC; Учитывая, что ибо , получаем необходимое усилие предварительного сжатия Srt верхнего и дополнительного дожатия нижнего пояса, обеспечивающее заданную наиболее благоприятную асимметрию цикла RG MaKc- мин 1 - R где F - площадь верхнего или нижнего пояса. Пример конкретного выполнения предложенного способа повышения несущей способности стрелы новой модели экскаватора-драглайна ЭШ-10/70Б. Использование основного изобретения создает более благоприятную асимметрию цикла, изменив коэффициент асимметрии цикла со значения ,0936 (R 10,7) до значения ,26(К 3,85). При этом пределы выносливости сварных соединений увеличились на 31-39,5%. Необходимые для расчета исходные данные:(„„„ 407 кг/см ; б 1566 кг/см- R o,26; .а РН,П, 54,6 см2; 8 14093 кг усилие предварительного сжатия нижнего пояса. Пусть заданный коэффициент асимметрии цикла составляет примерно ,335 (,99), т.е. близок к наиболее желательному по условию усталости при переменном сжатии ,35-0,4. Для обеспечения заданного (желаемого) коэффициента асимметрии цикла необходимо усилие Зл предварительного сжатия верхнего и дополнительноID дожатия нижнего ся по формуле (5) S б Ома1ср/иии

} 1 - Кб

.5, кг.

I и у J-JD

Суммарное усилие сжатия нижнего пояса с учетом его дожатия усилием Sg

составит

. (14093 кг + 9700 кг) 23739 кг. Добавочные напряжения сжатия в обои поясах от усилия S составят -178кг/см. Тогда минимальные напряжения цикла нагружения в обоих поясах равны GMHH й,ин +uGj -407-178 - 585 кг/см. Величина уменьшения усилия сжатия о стягивающих канатов вследствие сжатия стрелы в целом под действием максимальной нагрузки, когда гружен ный ковш находится у головы стрелы, определяется по формуле (4) 1,97 X кг, где С,. 1262 кг/см - жесткость канат 1,97 см - величина сокращения длины стр лы под действи максимальной на грузки сжатия (см. пример ко кретного вьтол нения основftor изобретения). Значение Зл, соответствующее до бавочному усилию сжатия в верхнем поясе и нижнем поясе при максималь ной нагрузке, составит S S-uS 9700-2A87 7213 кг, тогда добавочные напряжения сжатия в этом случае составят 132 кг/см2.

Следовательно, максимальные напряжения цикла нагружения в обоих поясах составят

. +6 -1566-132

Макс

-1698 кг/см2.

результате полученное значение эффициента асимметрии цикла равно

,

-585

Ci мин

R

-1698

О б

акс 0,35(2,86). Повьшение пределов выносливости сварных соединений в результате создания более благоприятной асимметрии цикла при переменном сжатии по известным данным показано в таблице. Как видно из таблицы, в результате создания более благоприятной асимметрии цикла в нашем случае пределы выносливости сварных соединений при переменном сжатии увеличились примерно на 19%. С учетом того, что максимальные напряжения сжатия по сравнению с ис1698-1566ходными увеличились на -TFFZ х X ,4%, а пределы выносливости выросли в среднем на 19%, увеличение несущей способности поясов стрелы по условию усталости при переменном сжатии при использовании предложенного способа составляет 10,6%. В результате металлоемкость сварной конструкции всей стрелы уменьшается на 0,67-10,,1% (где 0,67 - коэффициент, основанный на анализе металлоемкости решетчатых стрел экскаваторов типа ЭШ-10/70Б). Вес силового элемента (канатов, тарировочных пружин и т.д.) для сжатия верхнего пояса (учитывая относительно небольшую величину усилия его сжатия), составляет 2% от веса металлоконструкции стрелы (секции). В итоге общее снижение металлоемкости стрелы в целом в результате использования предложенного способа по сравнению с металлоемкостью стрелы, полученной от использования основного изобретения, составляет 5%. Исходя из известного соотношения (снижение веса металлоконструкции стрелы на 1% приводит к снижению веса всей машины на 0,4-0,5%), общее

71273452

снижение металлоемкости на одной машине типа ЭШ-10/70Б составит не менее

,А с1,-5%0,4 675-0,05--0,4 13,5 т,

где С;1,См-А

700-25 675 т - вес экскаватора с облегченной стрелой вследствие использоЗначения пределов выносливости G ,

Материал, кг/мм, на базе сталь ЮХСНД

К 2,2 I К 3,1 к 3,5 |к 4,0

32,4 20,7 17,7 15,2 38,2 25 21,4 18,2

18 20,4 20,9 19,3

8

вания основного изобретения;

700 т

вес базовой модели ЭШ-10/70Б с традиционной стрелой;

А величина снижения металлоемкости машины от использования основного изобретения.

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РЕШЕТЧАТОЙ СТРЕЛЫ ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА по авт. св. № 1170059, отличающийс я тем, что, с целью снижения металлоемкости и повышения срока службы стрелы путем увеличения сопротивления усталостному разрушению. дополнительно создают предварительное напряжение сжатия посредством стягивающих канатов в верхнем поясе, определяя величину усилия сжатия из зависимости R 5-Обмане в.п. 1-Кл где R - значение коэффициента асимметрии цикла; максимальные напряжения макс сжатия в верхнем и нижнем поясах; минимальные напряжения мин сжатия в поясах; i площадь сечения верхнего 8.П. пояса, W при этом повышают на указанную величину Sa усилие предварительного сжатия нижнего пояса. ел

iA

1273452 /1-/1

-г BX

t

0

0